BIM im Tiefbau: Die digitale Revolution im Bauwesen

Building Information Modeling ist eine digitale Methode zur ganzheitlichen Planung, Realisierung und Verwaltung von Bauprojekten. Im Kern basiert BIM auf der Erstellung eines zentralen, digitalen Bauwerksmodells, das alle relevanten Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks enthält – von der ersten Planung über die Bauphase bis hin zum Betrieb und Rückbau.

Die Grundprinzipien von BIM sind:

1. Visualisierung durch digitale 3D-Modelle

• BIM ermöglicht die dreidimensionale Darstellung von Bauprojekten, einschließlich solcher im Tiefbau wie Straßenbau, Gleisbau und Entwässerungssysteme. Dadurch können sich alle Beteiligten frühzeitig ein genaues Bild vom geplanten Bauwerk machen.
• Diese Modelle enthalten sowohl geometrische als auch alphanumerische Daten wie Bauteilnamen und ihre Systembezeichnungen, Angaben zu Material, Klassifikationen oder Herstellerangaben.

2. Kollaborative Planung und zentrale Datenplattform

• Alle Beteiligten (Ingenieure, Bauunternehmen, Behörden) arbeiten in einer zentralen Datenplattform zusammen.
• Änderungen am Modell werden in Echtzeit synchronisiert, sodass alle Planungsbeteiligten stets mit der aktuellen Version arbeiten.

3. BIM begleitet das Bauwerk über seinen gesamten Lebenszyklus

• Ein BIM-Modell bleibt nicht nur für Planung und Bau, sondern auch für Betrieb, Wartung und spätere Umbauten relevant. Es dient somit als digitale Basis für alle Phasen des Bauwerks.

4. Simulation und Analyse von Szenarien

• Mithilfe von BIM können verschiedene Szenarien simuliert werden. Damit lassen sich Risiken frühzeitig erkennen. Beispiele dafür sind Umweltbedingungen, wie etwa die Erdbebenfestigkeit von Brücken oder Materialbeanspruchung, beispielsweise die Tragfähigkeit von Böden.

5. Integration mit Geoinformationssystemen (GIS)

• Insbesondere im Tiefbau ist es wichtig, das Bauwerk mit seiner Umgebung abzugleichen. Durch die Verbindung mit Geoinformationssystemen (GIS) können BIM-Modelle mit topografischen Daten, Bodenanalysen und bestehenden Infrastrukturen kombiniert und diese somit berücksichtigt werden

6. Zeit und Kosten im Blick: 4D- und 5D-BIM

• 4D bindet zeitliche Faktoren mit ein, indem Bauphasen und Abläufe zeitlich visualisiert werden. So lässt sich der Bauprozess besser steuern und der Zeitplan optimieren.
• 5D integriert Kosten und ermöglicht es, das Projektbudget mit den Bauphasen zu verknüpfen, um Kostenentwicklungen frühzeitig zu erkennen und zu steuern

Crossrail: Ein wegweisendes Beispiel für den Einsatz von BIM im Tiefbau

Das Crossrail-Projekt in London ist ein herausragendes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von BIM im Tiefbau. Bereits 2007, also vier Jahre vor der Veröffentlichung der britischen Government Construction Strategy (GCS) im Jahr 2011, die eine vollständige kollaborative 3D-Modellierung (BIM) für alle zentral vergebenen Bauaufträge bis 2016 vorschrieb, legte das Eisenbahnprojekt die Grundlagen für ein umfassendes Datenmanagement. Als erstes großes europäisches Infrastrukturprojekt, das eine kollaborative Arbeitsumgebung mit vollständig auf 3D-Modellen basierender Planung einführte, zeigte Crossrail, wie BIM die Effizienz, Fehlerreduktion und Kostenkontrolle bei komplexen Bauvorhaben verbessern kann.

Der Erfolg von BIM hängt maßgeblich von leistungsfähigen Softwarelösungen ab. Diese Programme ermöglichen die Modellierung, Analyse und Verwaltung der Infrastrukturprojekte und bieten unterschiedliche Funktionen für Straßen-, Brücken- und Tunnelbau sowie geotechnische Planungen.

Hier ein Überblick über die gängigsten BIM-Softwarelösungen im Tiefbau:

1. Autodesk Civil 3D

Autodesk Civil 3D ist eine umfassende Softwarelösung für den Tiefbau, speziell für Infrastrukturprojekte wie Straßen, Kanäle, Wasserleitungen und Erschließungsprojekte.

Hauptfunktionen:

• Erstellung von digitalen Geländemodellen (DTM) und Analyse von Geländeformen
• Entwurf von Straßen, Wegen und anderen Verkehrswegen mit automatischer Anpassung der Geometrie
• Automatische Generierung von Querschnitten, Längsprofilen und Volumenberechnungen

Vorteile:

• Automatisierte Planableitungen und Mengenberechnungen
• Häufig mit Revit und Navisworks für Hoch- und Tiefbau kombiniert

➜ Benutzerfreundliche Autodesk-Oberfläche und Integration mit anderen Autodesk-Produkten machen den Einstieg einfach.

2. Bentley OpenRoads

Bentley OpenRoads konzentriert sich auf die 3D-Modellierung und Planung von Straßenbauprojekten und bietet erweiterte Analyse- und Designfunktionen.

Hauptfunktionen:

• Integration von Geländedaten und Entwässerungsdesign
• Automatische Erstellung von Querschnitten, Profilen und Materialmengen

Vorteile:

• Detaillierte Geländemodellierung und hydraulische Analysen
• Unterstützt Cloud-Kollaboration für große Teams

➜ Ideal für komplexe Straßenbauprojekte, umfassende Analysefunktionen und multidisziplinäre Zusammenarbeit.

3. Trimble Tekla Structures

Trimble Tekla Structures bietet eine BIM-Lösung, die sich auf die Modellierung und Ausführung von Stahl- und Stahlbetonbauprojekten fokussiert, ideal für Brücken- und Spezialtiefbau.

Hauptfunktionen:

• Detaillierte Bewehrungs- und Fertigungszeichnungen
• Automatische Material- und Stücklisten-Erstellung

Vorteile:

• Detaillierte Modellierung für Fertigung und Bauausführung
• Gute Integration mit Bauwerksüberwachungs-Tools

➜ Besonders geeignet für detaillierte Stahl- und Betonbauwerke mit sehr hoher Modellierungstiefe, eher komplex in der Nutzung.

4. ALLPLAN Infrastructure

ALLPLAN Infrastructure ist auf die Planung von Brücken, Tunneln und anderen Infrastrukturprojekten spezialisiert.

Hauptfunktionen:

• Entwurf von Geländemodellen und Linienführungen
• Automatische Erstellung von Querschnitten und Längsprofilen
• Detaillierte Bewehrungsplanung für Betonbauwerke

Vorteile:

• Berücksichtigt Tragwerksplanung und geotechnische Anforderungen
• Datenaustausch mit IFC- und GIS-Systemen

➜ Hervorzuheben ist die benutzerfreundliche Oberfläche und die Flexibilität bei der Zusammenarbeit mit anderen Systemen.

Der Spezialtiefbau spielt eine zentrale Rolle bei der Realisierung komplexer Infrastrukturprojekte wie Tunnel, Stützmauern und Fundamente. Hier kommt Building Information Modeling (BIM) besonders zum Tragen, da es die Planung, Ausführung und Überwachung dieser anspruchsvollen Baumaßnahmen deutlich optimiert. Durch BIM lassen sich die sichersten und effizientesten Lösungen für Baugruben, Fundamente und Tunnel frühzeitig identifizieren, was hilft, Risiken wie unvorhergesehene Bodenbedingungen oder Instabilitäten rechtzeitig zu erkennen und zu beheben.

Anwendungsmöglichkeiten von BIM im Spezialtiefbau

• Fundamentplanung: BIM ist bei der Planung von Fundamenten besonders hilfreich, weil es geotechnische Daten und Bodenverhältnisse berücksichtigt. Durch digitale 3-D-Modelle können Bodenbelastungen simuliert und das Verhalten von Baugrund und Fundament unter realen Bedingungen analysiert werden. So lassen sich Probleme wie Setzungsbewegungen oder Bodenverformungen frühzeitig erkennen.
• Tunnelbau: Der Tunnelbau ist eine der anspruchsvollsten Disziplinen im Spezialtiefbau. In diesem Zusammenhang ermöglicht BIM eine präzise Modellierung der Tunnelquerschnitte, eine realistische Simulation der geologischen Gegebenheiten und das Testen von Reaktionen der Tunnelwände auf unterschiedliche Lasten. Durch den nahtlosen Austausch zwischen den Disziplinen Geotechnik, Ingenieurbau und Verkehr werden potenzielle Schnittstellenprobleme minimiert, was die Planung und Ausführung deutlich verbessert.
• Baugrubenplanung: Der Bau von Baugruben erfordert eine genaue Planung und Umsetzung, um die Stabilität der Baugrube während der Bauphase zu gewährleisten. Mit BIM können Modelle erstellt werden, die die Topografie und geotechnischen Eigenschaften integrieren. Dies erleichtert die Auswahl des passenden Entwässerungssystems und die Planung effektiver Stützmaßnahmen wie Bohrpfähle oder Verankerungen.

Der Einsatz von Building Information Modeling (BIM) gewinnt zunehmend an Bedeutung. Doch um sicherzustellen, dass BIM korrekt und einheitlich angewendet wird, sind gesetzliche Vorgaben und Normen unerlässlich. Diese sorgen dafür, dass alle Beteiligten – vom Auftraggeber über die Planungsteams bis hin zu den ausführenden Unternehmen – mit den gleichen Standards arbeiten und Informationen lückenlos austauschen können. In Deutschland spielen insbesondere der Masterplan BIM für Bundesbauten sowie eine Vielzahl von Normen und Richtlinien eine zentrale Rolle. Sie regeln den Umgang mit BIM und setzen klare Vorgaben für die Nutzung dieser digitalen Technologie im Bauwesen.

Der Masterplan BIM des Bundesministeriums des Innern für Bau und Heimat

Ein zentraler Bestandteil der gesetzlichen Vorgaben für den Einsatz von BIM in Deutschland ist der Masterplan BIM für Bundesbauten, der vom Bundesministerium des Innern für Bau und Heimat im September 2021 veröffentlicht wurde. Ziel ist es, die Arbeitsmethode flächendeckend für die Planung, den Bau und die Instandhaltung von Bundesverkehrswegen und Infrastruktur einzuführen. Besonders relevant für den Tiefbau sind große Projekte wie Straßen, Brücken und Tunnel, die häufig im Auftrag des Bundes umgesetzt werden. Mit BIM sollen Effizienz, Plansicherheit und Transparenz gesteigert werden. Zudem werden system- und produktneutrale Standards sowie offene Datengrundlagen entwickelt, um eine verlustfreie Datenübertragung zu gewährleisten. Der Masterplan sieht einen Stufenplan für die verpflichtende Einführung von BIM bei öffentlichen Bauprojekten zwischen 2022 und 2027 vor:

Level I

BIM wurde Ende 2022 als Standard für neue Bundesbauprojekte eingeführt, das Hauptaugenmerk lag auf der frühen Planungs- und Konzeptionsphase als Basis für weitere Schritte.

Level II

BIM wurde ab 2023 für Bauprojekte über 50 Mio. Euro verpflichtend, ab 2025 gilt die Pflicht für alle Projekte über 0,5 Mio. Euro. Die Erweiterung bezieht sich auf die Ausschreibungs-, Vergabe- und Ausführungsprozesse und beinhaltet zusätzlich fünf weitere BIM-Anwendungsfälle, die vor allem die Kollaboration, Projektsteuerung und Simulationen während des Bauprozesses betreffen. Parallel dazu wird die modellbasierte Ableitung von Mengen, Kosten und Leistungsverzeichnissen zur Pflicht.

Level III

Diese Stufe beinhaltet eine Erweiterung auf alle Projekte, unabhängig vom Budget. Ab 2025 gilt dies für große Baumaßnahmen, ab 2027 dann auch für Projekte ab 0,5 Mio. Euro. Die Betriebs- und Instandhaltungsphase wird ebenfalls einbezogen, wobei alle Prozesse ohne Medienbrüche digital erfolgen sollen. Der Fokus liegt dabei auf der Digitalisierung essenzieller Prozessschritte wie der modellbasierten Termin- und Logistikplanung sowie der Unterstützung von Genehmigungs- und Abrechnungsprozessen.

Normen und Richtlinien für BIM im Tiefbau

Neben dem Masterplan BIM für Bundesbauten gibt es eine Reihe von Normen und Richtlinien, die den Einsatz von Building Information Modeling im Bauwesen regeln und standardisieren. Diese Vorgaben gewährleisten eine einheitliche Arbeitsweise und einen optimalen Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Projektbeteiligten – besonders im Tiefbau, wo komplexe Projekte mit vielen Beteiligten umgesetzt werden.

Eine zentrale Norm ist die DIN EN ISO 19650, welche zentrale Aspekte des Informationsmanagements in der Baubranche umfasst und sich auf die Methode des Building Information Modeling bezieht. Sie stellt sicher, dass relevante Informationen im Lebenszyklus eines Bauwerks – von der Planung über die Ausführung bis hin zum Betrieb und Rückbau – effizient zwischen den Beteiligten ausgetauscht werden können. Zudem enthält die Norm Empfehlungen zur Verwaltung, Definition, Versionierung und zum Austausch von Informationen.

Eine weitere wichtige Richtlinie ist die VDI 2552, die einen klaren Leitfaden für die Implementierung von BIM in der digitalen Planung, dem Bau und Betrieb bietet. Sie kombiniert bewährte Techniken und internationale Standards und fokussiert sich auf die effiziente Nutzung von Bauwerksinformationen. Zudem existieren zahlreiche weitere geltende Normen und Richtlinien, die sich mit Aspekten der Nutzung befassen, wie etwa der DIN 276 für die Anwendung von BIM-Modellierung für Infrastrukturbauten.